在Bootloader中实现嵌入式系统自动升级
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:421
嵌入式系统由硬件和软件两部分组成，软件部分主要包括bootloader、内核和文件系统。bootloader是硬件系统加电所运行的第l段软件代码，但在嵌入式系统中一般没有像pc中的bios那样的固件，因此整个系统的加载过程全部是由bootloader来完成的。系统在上电l或复位时通常都从地址ox00000000处开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系统的bootloader。bootloader的主要任务包括：初始化最基本的硬件；将bootloader本身拷贝到ram中运行；将内核拷贝到ram中并调用内核等。
通常在嵌入式系统中，首先通过jtag接口将bootloader烧写到目标板的flash中，然后在bootloader中，将内核映像文件和文件系统映像文件通过串口和网络下载并烧写到flash中。若需对内核或文件系统升级，则按照上述方法重新烧写新的映像文件，直接覆盖原来的映像文件。
上述方法中，一方面必须将目标板和主机通过串口线和网线相连接，另一方面通过串口或网络下载映像文件，速度很慢。本实验通过扩充bootloader功能，实现了通过cf存储卡对内核或文件系统映像文件的自动升级，对需要经常为内核或文件系统升级的嵌入式系统来说，克服了传统升级方法的局限，简化了升级方法，提高了升级速度。
1 基本原理
本实验对传统bootloader的功能进行了扩充，加入了升级系统的功能。例如，用户需要对目标板上的内核或文件系统进行升级，只需要将新的映像文件命名为指定的名称并拷贝到cf存储卡中。然后，cf存储卡插入目标板的cf存储卡插槽，重新启动目标板即可完成升级过程。重启时，系统首先运行bootloader，bootloader将检测cf存储卡中是否有内核或文件系统的映像文件。若有，则读取映像文件并烧写到目标板的f1ash中，实现升级；若无，则直接启动目标板中的系统，如图1所示。
实验使用的开发板基于intel xscale处理器pxa255。pxa255具有16位的cf存储卡控制器，用于连接cf存储卡。开发板上有32 mb的flash和64 mb的sdram，且flash的起始地址映射到ox00000000，sdram的起始地址映射到oxa0000000。
实验板上的intei strata flash，容量为32 mb，分为bootloader、reserved、kernel和root filesystem四个区。其中，bootloader分区用于烧写bootloader，其起始地址为ox00000000，当系统加电启动或复位时，cpu便跳转到这个位置开始执行指令；reserved分区为保留分区，主要用于传递内核启动参数以及其他系统设置；kernel分区和root filesystem分区分别用于烧写内核和文件系统。各分区的起始地址及大小如图2所示。
2 实现
本文所讨论的实现方法，主要是扩充bootloader的功能，增加对cf存储卡的支持，使系统启动时，bootloader能对cf存储卡进行文件读取。首先，要将cf存储卡格式化成特定的文件系统格式(本实验主要支持fat32、fatl6和ext2三种文件系统)。然后，将待升级的映像文件(内核映像文件、文件系统映像文件或bootloader本身的映像文件)通过主机拷贝到cf存储卡。因此，bootloader可以榆测到需要升级的映像文件并对目标板上的相应部分进行更新。
2．1 bootloader框架及工作流程
本实验所编写的bootloader仅实现了最基本的硬件初始化功能、系统引导功能和系统升级功能，静态编译的二进制文件大小为38 kb。bootloader用汇编语言和c语言实现，汇编语言仅作了屏蔽所有中断、初始化相关gpio(general purpose io)、初始化sdram、拷贝bootloader和内核到sdram等简单工作，便跳转到c程序，在c程序中实现了后续的初始化工作及系统升级。详细流程如图3所示。
2．2 对cf存储卡的支持及数据读取过程
由于是从cf存储卡上读取新的映像文件并实现系统更新，故在bootloader中必须首先支持cf卡。cf卡本身提供了两个探测引脚(即card detect pins)，用于判断cf卡是否存在。这两个引脚成为cdl和cd2，在cf卡内部被硬件设计为直接与地相连。当cf卡插入时，cdl和cd2应全为低电平，因此，在bootloader中
嵌入式系统由硬件和软件两部分组成，软件部分主要包括bootloader、内核和文件系统。bootloader是硬件系统加电所运行的第l段软件代码，但在嵌入式系统中一般没有像pc中的bios那样的固件，因此整个系统的加载过程全部是由bootloader来完成的。系统在上电l或复位时通常都从地址ox00000000处开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系统的bootloader。bootloader的主要任务包括：初始化最基本的硬件；将bootloader本身拷贝到ram中运行；将内核拷贝到ram中并调用内核等。
通常在嵌入式系统中，首先通过jtag接口将bootloader烧写到目标板的flash中，然后在bootloader中，将内核映像文件和文件系统映像文件通过串口和网络下载并烧写到flash中。若需对内核或文件系统升级，则按照上述方法重新烧写新的映像文件，直接覆盖原来的映像文件。
上述方法中，一方面必须将目标板和主机通过串口线和网线相连接，另一方面通过串口或网络下载映像文件，速度很慢。本实验通过扩充bootloader功能，实现了通过cf存储卡对内核或文件系统映像文件的自动升级，对需要经常为内核或文件系统升级的嵌入式系统来说，克服了传统升级方法的局限，简化了升级方法，提高了升级速度。
1 基本原理
本实验对传统bootloader的功能进行了扩充，加入了升级系统的功能。例如，用户需要对目标板上的内核或文件系统进行升级，只需要将新的映像文件命名为指定的名称并拷贝到cf存储卡中。然后，cf存储卡插入目标板的cf存储卡插槽，重新启动目标板即可完成升级过程。重启时，系统首先运行bootloader，bootloader将检测cf存储卡中是否有内核或文件系统的映像文件。若有，则读取映像文件并烧写到目标板的f1ash中，实现升级；若无，则直接启动目标板中的系统，如图1所示。
实验使用的开发板基于intel xscale处理器a255。a255具有16位的cf存储卡控制器，用于连接cf存储卡。开发板上有32 mb的flash和64 mb的sdram，且flash的起始地址映射到ox00000000，sdram的起始地址映射到oxa0000000。
实验板上的intei strata flash，容量为32 mb，分为bootloader、reserved、kernel和root filesystem四个区。其中，bootloader分区用于烧写bootloader，其起始地址为ox00000000，当系统加电启动或复位时，cpu便跳转到这个位置开始执行指令；reserved分区为保留分区，主要用于传递内核启动参数以及其他系统设置；kernel分区和root filesystem分区分别用于烧写内核和文件系统。各分区的起始地址及大小如图2所示。
2 实现
本文所讨论的实现方法，主要是扩充bootloader的功能，增加对cf存储卡的支持，使系统启动时，bootloader能对cf存储卡进行文件读取。首先，要将cf存储卡格式化成特定的文件系统格式(本实验主要支持fat32、fatl6和ext2三种文件系统)。然后，将待升级的映像文件(内核映像文件、文件系统映像文件或bootloader本身的映像文件)通过主机拷贝到cf存储卡。因此，bootloader可以榆测到需要升级的映像文件并对目标板上的相应部分进行更新。
2．1 bootloader框架及工作流程
本实验所编写的bootloader仅实现了最基本的硬件初始化功能、系统引导功能和系统升级功能，静态编译的二进制文件大小为38 kb。bootloader用汇编语言和c语言实现，汇编语言仅作了屏蔽所有中断、初始化相关gpio(general purpose io)、初始化sdram、拷贝bootloader和内核到sdram等简单工作，便跳转到c程序，在c程序中实现了后续的初始化工作及系统升级。详细流程如图3所示。
2．2 对cf存储卡的支持及数据读取过程
由于是从cf存储卡上读取新的映像文件并实现系统更新，故在bootloader中必须首先支持cf卡。cf卡本身提供了两个探测引脚(即card detect pins)，用于判断cf卡是否存在。这两个引脚成为cdl和cd2，在cf卡内部被硬件设计为直接与地相连。当cf卡插入时，cdl和cd2应全为低电平，因此，在bootloader中
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